全 文 ：胡椒气味芳香， 是人们喜爱的调味品之一。 除
作调味品外， 胡椒用途广泛， 在食品工业上可用作
防腐剂、 保鲜剂； 在医学上用作健胃剂、 解热剂、
利尿剂； 近年来随着胡椒利用研究的不断深入， 胡
椒还被应用于制药、 戒烟戒毒以及军事领域。 中国
胡椒加工目前仍以初加工为主， 初产品主要是白胡
椒 ， 海南省白胡椒的生产量约占胡椒总产量的
98％以上 [1]， 生产加工大多是作坊式生产 [2]， 广泛
采用传统自然晾晒方法， 即将脱皮洗净的胡椒粒置
于晒场上晾晒， 一般需要 2～3 d[3]， 晾晒期间的天
气以及晾晒场地的卫生条件， 容易出现杂质及霉变
等问题， 影响白胡椒的品质及其贸易品质。
微波干燥具有干燥速率大、 节能、 生产效率
高、 干燥均匀、 清洁生产、 易实现自动化控制和提
高产品质量等优点， 因而在干燥的各个领域越来越
受到重视。 早在上世纪 60 年代， 国外就对微波干
燥技术的应用和理论进行了研究， 在近几十年又得
到了进一步的发展。 中国微波干燥技术研究起步较
晚， 与国外相比有一定的差距， 但也取得了不错的
成绩， 现已用于食品工业、 材料化工、 医药工业、
矿产开采业、 陶瓷工业、 实验室分析、 湿天然橡胶
加工等方面。 随着我国经济逐步与国际市场接轨，
农业产业化的发展， 对胡椒干燥的效率、 干燥的能
耗以及干燥后的品质风味营养等提出了越来越高的
热带作物学报 2013， 34（5）： 984-988
Chinese Journal of Tropical Crops
收稿日期 2013-03-11 修回日期 2013-04-17
基金项目 海南省自然科学基金 “不同干燥工艺对胡椒产品品质影响的研究”（No. 310092）。
作者简介 魏 来（1979年—）， 女， 助理研究员； 研究方向： 热带香料饮料作物加工特性研究。 *通讯作者： 初 众， E-mail: cz809@163.com。
白胡椒微波干燥特性及数学模型研究
魏 来1，2，3，初 众1，2，3 *，宗 迎1，2，3，朱红英1，2，3，吴桂苹1，2，3，刘 红1，2，3
1 中国热带农业科学院香料饮料研究所， 海南万宁 571533
2 国家重要热带作物工程技术研究中心， 海南海口 571101
3 农业部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室， 海南万宁 571533
摘 要 利用功率分别为 200、 400、 600、 800 W 的微波对白胡椒进行干燥试验。 试验结果表明， 与传统晾晒干
燥工艺相比， 微波干燥胡椒的时间大为缩短， 但干燥后的白胡椒易开裂， 微波功率越大， 品质越差； 利用 3 种
方程建立薄层白胡椒微波干燥模型， 并进行比较分析， 结果显示基于 Page 方程的白胡椒微波干燥模型变量间相
关性大， 模型具有极显著意义， 方程拟合效果较合理。 对不同功率微波干燥得到的白胡椒产品进行感官评价，
结果表明采用微波干燥方法得到的白胡椒产品品质随微波功率的升高而变差。
关键词 白胡椒； 微波干燥； 干燥特性； 数学模型； Page 方程
中图分类号 TS205 文献标识码 A
Microwave Drying Mathematical Model of White Pepper
WEI Lai1，2，3，CHU Zhong1，2，3，ZONG Ying1，2，3，ZHU Hongying1，2，3，WU Guiping1，2，3，LIU Hong1，2，3
1 Spice and Beverage Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences, Wanning, Hainan 571533, China
2 National Center of Important Tropical Crops Engineering and Technology Research， Haikou， Hainan 571101， China
3 Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice and Beverage Crops, Ministry
of Agriculture, Wanning, Hainan 571533, China
Abstract Drying experiment of white pepper under microwave powers of 200 W， 400 W， 600 W and 800 W
respectively were conducted. The experimental results showed that the microwave drying time was much shorter
than that of traditional drying in the sun， but the quality of the microwave dried white pepper was not as good
as that of drying in the sun and this characteristic was getting more and more remarkable with increasing of
microwave power. In addition, the Monomial proliferation model, Exponential model and Page equation were used
to describe the folium microwave-drying of the white pepper and the results showed that last one gave the best
result.
Key words White pepper； Microwave drying； Drying characteristics； Mathematical model； Page equation.
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2013.05.032
第 5 期 魏 来等： 白胡椒微波干燥特性及数学模型研究
权重分配
评分标准
性状表现 评分
色泽（40％）
米白色 31~40
米黄色 21~30
浅褐色 11~20
滋味（40％）
香气纯正，辛辣味浓 31~40
香气纯正，辛辣味稍淡 21~30
裂果率（20％）
无裂果现象 20
裂果率<1％ 10~19
裂果率>1％ 0~9
有焦糊味，辛辣味淡 11~20
黄褐色 0~10
焦糊味严重，辛辣味差 0~10
表 l 不同处理白胡椒感官评价打分标准
要求， 采用先进的干燥技术不断提高胡椒产业的经
济效益迫在眉睫。 本研究对白胡椒微波干燥特性进行
试验研究， 探讨其干燥规律， 建立白胡椒微波干燥动
力学模型， 以量化微波功率、 干燥时间与失水量之间
的关系， 为微波干燥白胡椒的生产提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 材料
试验材料胡椒果实采自中国热带农业科学院香
料饮料研究所科技示范园区 13 号胡椒园， 预处理
工艺流程为： 胡椒鲜果→浸泡→脱皮洗涤→白胡
椒→晾干表面自然水→干燥→冷却。
1.2 方法
1.2.1 试验设计 取经过预先处理的白胡椒 200 g，
薄层均匀平铺在微波炉专用玻璃托盘上。 干燥过程
中， 由于每次取样后， 样品量减少会对以后的测试
数据有影响， 并且操作也非连续操作， 故每次取样
后， 另换 200 g 白胡椒连续干燥至下一取样时间再
停机取样 [4]， 再更换物料干燥， 直至干燥后的白胡
椒干基含水量低于 3.0％且无明显变化为止， 每个
处理重复 3次。 用微波炉的 4个功率档位进行干燥
特性试验， 4 个档位对应的功率分别为 200、 400、
600、 800 W， 高档功率微波干燥每隔 1～2 min 取样
1 次， 中、 低档功率每隔 5 min 取样 1 次。 干燥后
的白胡椒放置在 25 ℃， 相对湿度为 52％条件下，
干基平衡含水率为 2.91％， 白胡椒的平均干基初始
含水率为 56.10％。
1.2.2 感官评价方法 组织中国热带农业科学院
香料饮料研究所科技人员 30 名， 对不同处理白胡
椒成品进行感官评价并打分， 取平均分作为评价结
果， 打分标准如表 1所示。
1.2.3 数据分析 应用 SPSS 17.0 和 EXCELL
2003 进行数据分析， 其中 R2作为模型拟合度评价
指标， R2越高， 说明模型拟合度越高。
2 结果与分析
2.1 微波干燥特性曲线
图 1是白胡椒在微波炉不同功率条件下干基含
水率随干燥时间的变化曲线， 图 2是不同微波功率
下白胡椒干燥速率曲线。 可以看出， 白胡椒的微波
干燥曲线具有典型干燥曲线的特性， 随着微波功率的
提高， 干燥速度加快， 干燥时间缩短。 200 W功率下
干燥时间为 105 min， 800 W功率下仅需要 25 min， 而
相同初始干基含水率条件下， 自然晾晒需要 2～3d， 40℃
薄层热风干燥所用的时间约为 23～24 h。
试验中发现， 高档功率微波（800 W）干燥时，
9 min 后白胡椒开始开裂， 继续干燥油苞破裂， 局
部出现黑点， 胡椒出现焦糊现象； 中档功率微波干
燥时， 干燥时间稍长， 有局部焦糊和油苞破裂的现
象； 低档功率微波干燥时， 干燥时间相对较长， 干
燥后的胡椒品质比高档和中档功率好， 无局部焦糊
和油苞破裂的现象。
2.2 薄层微波干燥数学模型的建立
2.2.1 薄层干燥方程 目前， 用来描述物料薄层
干燥一般有单项扩散模型、 指数模型、 Page 方程 3
种数学模型[5-7]， 3种模型及其线性表达式如表 2。
985- -
第 34 卷热 带 作 物 学 报
模型名称 方程表达式 线性表达式
单项扩散模型 MR＝B exp（－At ） ln MR＝ln B －At
指数模型 MR＝exp（－At ） ln MR＝－At
Page 方程 MR＝exp（－K tN ） ln（－ln MR）＝ln K ＋N ln t
表 2 物料薄层干燥数学模型
功率/W K值 N值 方程
200 0.000 191 2.143 MR＝exp (0.000 191 t 2.143 )
400 0.001 511 1.997 MR＝exp (0.001 511 t 1.99 7 )
600 0.008 419 1.735 MR＝exp (0.008 419 t 1.735 )
800 0.016 955 1.711 MR＝exp (0.016 955 t 1.711 )
表 4 白胡椒微波干燥不同功率干燥方程
功率/W
单项扩散 指数模型 Page 方程
R2 F lnB A R2 F R2 F lnK K N
200 0.927 252.726** 0.540 －0.033 －0.616 186 0.933 293.561** －0.025 0.959 440.289** －8.562 0.000 191 2.143
400 0.971 667.850** 0.448 －0.064 －0.802 962 0.950 399.001** －0.050 0.985 1247.50** －6.495 0.001 511 1.997
600 0.897 147.731** 0.394 －0.107 －0.931 404 0.907 176.115** －0.086 0.995 3249.57** －4.777 0.008 419 1.735
800 0.948 253.791** 0.325 －0.140 －1.123 930 0.951 293.347** －0.117 0.994 2005.16** －4.077 0.016 955 1.711
B A
表 3 白胡椒微波干燥不同数学模型的待定常数及评价指标
说明： **代表 1％置信水平下极显著。
表 2 各式中， t为干燥时间（min）； MR为水分
比， MR=（Mt－Me）/（M0－Me）； Mt为t时刻物料的干基
含水率（％）； M0为物料干基初始含水率(％）； Me为
白胡椒的干基平衡含水率（％）； A、 B、 K、 N 为待
定常数。
2.2.2 模型的选择 按照上述 3 种模型 ， 利用
SPSS 软件将白胡椒干燥试验结果进行分析回归关
系的显著性检验， 得到白胡椒不同功率微波干燥数
学模型的待定常数及评价指标， 如表 3所示。
通过对上述 3 个数学模型比较后发现 ， 在
1％的置信水平下均为极显著， 其中 Page 方程较
其他方程模拟效果更好， 即 R2 更大， 且 F 值较
其他方程更大 。 因此确定数学模型 Page 方程 ，
即 MR=exp（-KtN）作为白胡椒微波干燥的基础数学
模型（表 4）。
2.2.3 参数 K 和 N 的确定 以 SPSS 软件对 P 与
K、 P 与 N 进行曲线估计， 发现 K、 N 均与功率 P
呈相关性极好（R2=1）的3次方多项式关系（表 5）。
200 W
400 W
600 W
800 W
7
6
5
4
3
2
1
0
60 40 20 0
干基含水量/％
干
燥
速
率
/（
g/
m
in
）
图 2 不同功率下的干燥速率变化曲线
60
50
40
30
20
10
0
图 1 不同功率下的含水率变化曲线
时间/min
0 30 60 90 120
干
基
含
水
量
/％
200 W
400 W
600 W
800 W
986- -
第 5 期
系数
未标准化系数 标准化系数 R2
B Beta
K
P -7.161E-5 .000 -2.404
1.000
P2 1.689E-7 .000 5.760
P3 -8.250E-11 .000 -2.423
N
P 0.003 .000 4.177
1.000
P2 -1.030E-5 .000 -12.911
P3 7.375E-9 .000 7.958
常数 1.819 .000
常数 0.008 .000
Std. Error
0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25
t t
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
M
R
实际值
模拟值
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
M
R
实际值
模拟值
600 W 800 W
图 3 干燥数学模型检验曲线
因此， 为简化方程， 以干燥时间和功率作为自变
量， 以 MR作为因变量， 来拟合方程， 得到白胡椒
微波薄层干燥方程为：
MR ＝ exp （－K t N ）
－K＝0.008－8.250×10－11 P3＋1.689×10－7 P2－7.161×
10－5 P
N＝1.819＋7.375×10－9 P3－1.030×10－5 P2＋0.003 P
2.3 方程的检验
将白胡椒于 200、 400、 600、 800 W 微波下干
燥过程中 MR与 t 的实际值与模拟值绘制成干燥数
学模型检验曲线（图 3）， 可看出， 模拟值可以较准
确的模拟干燥过程中白胡椒的失水率变化规律。
表 5 K 与 P、 N 与 P 的曲线参数估计
0 30 60 90 120 0 20 40 60
t t
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
M
R
实际值
模拟值
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
M
R
实际值
模拟值
200 W 400 W
魏 来等： 白胡椒微波干燥特性及数学模型研究 987- -
第 34 卷热 带 作 物 学 报
2.4 不同功率处理的白胡椒产品感官评价结果
将参与感官评价的中国热带农业科学院香料饮
料研究所科技人员对不同功率处理的白胡椒产品的
感官评价结果汇总分析， 将 30 份打分结果取平均
值并换算成百分制得分， 4 种功率处理的白胡椒产
品感官评价最终得分分别为： 89、 77、 51、 37 分，
结果表明采用微波干燥方法得到的白胡椒产品品质
随微波功率的升高而变差。
3 讨论结论
试验条件下微波干燥白胡椒易发生油苞破裂和
焦化现象， 且功率越大， 油苞破裂数量越多， 焦化
现象越严重， 对色泽影响较大。 微波功率降低， 则
加速期和恒速期延长， 干燥速度也相对减慢。 对不
同功率微波干燥得到的白胡椒产品进行感官评价，
结果表明采用微波干燥方法得到的白胡椒产品品质
随微波功率的升高而变差。 主要原因为， 微波功率
越大， 试验样品干燥速率越快， 干燥时间越短， 高
功率造成瞬时过度加热而产生裂果现象， 对色泽影
响较大。
试验条件下对于白胡椒微波干燥而言， Page
模型可以较好地描述水分比随干燥时间 t 和功率 P
的变化关系， 能够反映白胡椒微波干燥过程中的控
制量， 可以作为加工白胡椒干燥过程中控制的基
础。 在实际生产中， 可以利用模型预测并控制不同
功率下任意时刻的干燥速率和含水率， 从而为优化
白胡椒干燥工艺、 减少生产能耗， 提供技术依据。
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责任编辑： 凌青根
988- -